固定床生物质气化发电项目介绍一、背景自2006年12月，我国第一个生物质直燃发电项目——单县生物质发电厂投产以来，到2009年底，全国已投产生物质直燃发电厂50余座，装机容量超过1200MW，生物质气化发电总装机容量约为50MW，生物质发电产业已经具有一定的规模。
二、存在问题目前我国生物质发电技术比较单一，在已经投产的生物质发电厂中，生物质气化发电仅为50MW，其余均采用直燃发电技术。
存在的主要问题有：（一）直燃发电技术项目经济效益低下现已建成的生物质直燃发电项目经济效益均不尽人意，为此，国家发改委价格司两次调整了生物质直燃发电厂的上网电价，现已开始执行全国统一的750元/MWh的固定电价。
造成项目经济效益低下的主要原因有以下几点：1.技术适应性差生物质直燃发电采用锅炉——汽轮机——发电机工艺，这种工艺已经非常成熟，单套发电系统的装机规模已经达到1000MW（超超临界机组）。
而生物质发电受到原料收集和供应的限制，目前生物质电厂的装机规模仅为25~30MW。
此规模的机组与大机组相比，单位投资高、效率低，因此，直燃发电技术用于生物质发电存在“先天性”的缺陷。
2.发电原料涉及农户数量巨大一个装机容量为30MW的生物质直燃发电厂，按年运行6000小时计，每年约需消耗生物质原料25~28万吨。
我国农业生产主要以农户为单位，全国人均耕地面积为1.91亩/人，户均约为6.5亩，按每亩生成秸秆1吨计，每个农户每年可提供的秸秆为6.5吨。
据调查数据显示，秸秆除了用于还田、饲料和炊事外，可以用于生物质发电的比例约为30~40%，这意味着每个农户每年可为生物质发电提供的原料仅约2吨。
因此，一个装机容量为30MW的生物质发电厂，需要12-14万户农户为其提供原料，而且需要分两季收集，每年涉及的秸秆收购交易高达20万次以上，管理成本大大增加。
3.收集半径大，运输成本高由于生物质原料需求量较大，所以收集半径加大，调查数据显示，目前生物质直燃发电厂的收集半径均达到100-150km。
农村广泛使用的小型农用拖拉机已经无法胜任原料运输任务，必须使用大型车辆，而大型车辆的折旧、维修保养、司机工资均大大高于农户使用小型农用拖拉机运输成本。
4.生物质原料损耗高由于生物质原料收集均为农忙时期，收集时间十分集中，也不可能有充分干燥的时间，大量未经干燥的原料堆积，霉烂、变质损耗很大，据调查，生物质直燃发电厂的原料损耗一般可达到原料消耗的15%，一旦管理不到位，损耗比例将大幅增加。
（二）已建成的气化发电存在技术问题目前已建成的生物质气化发电主要采用循环流化床气化发电技术，存在一些技术问题尚未得到很好的解决。
1.燃气焦油脱除问题由于目前生物质气化并网发电项目采用了循环流化床技术，燃气中氧含量将达到2%或更高，因此无法采用电捕焦油器除焦油，电捕焦油器对燃气氧含量的要求是低于1%，否则将有发生爆炸的危险。
目前循环流化床气化燃气除焦油只能采用水洗，去除率不高，燃气中焦油含量超过20mg/L，造成内燃发电机需要经常清洗，一般清洗周期不超过200小时，影响了系统运行。
此外循环流化床气化的燃气中飞灰含量很高，热燃气经过水洗，大量焦油混入飞灰同时洗出，形成了水—灰—焦油的三相混合物，无法分离，无法利用。
2.系统设计、建设不规范目前建成的循环流化床气化发电厂，属于研究产物，工厂设计、施工均未有设计院参与，安全、环保、工程平面布置等均未按有关规范和标准执行，存在大量隐患，同时，也不利于技术的推广。
三、技术选择思路及结论生物质发电是一种有效的规模化利用的方式，不仅可以替代化石能源，减少温室气体排放，还可以增加农民收入和就业机会，是一项利国利民的举措。
解决好上述问题有利于促进生物质产业健康发展，主要思路为：1.选择适合我国国情项目规模我国农业生产的国情是已农户为生产单位，因此，规模生物质发电规模不宜过大，否则将增加原料收集的难度和成本，但也不宜过小，过小则不利于发电并网。
根据调查，当生物质原料收集总量不超过10万吨/年时，收集成本和难度不大，但超过10万吨/年后，收集成本急剧上升，难度也大大增加。
所以生物质发电年消耗原料的总量应控制在10万吨以下，相应的发电总装机容量在10MW千瓦以下。
但项目的规模也不宜过小，过小则会增加电网接入系统的成本，所以，发电厂的总装机容量不宜小于5MW，相应的原料消耗在5万吨/年。
2.选择可适应各种规模的技术我国的国情是幅员辽阔，各地自然条件、农业生产情况差异很大，千篇一律的规模不可能适用于所有的地区，因此要求项目规模可以在年消耗5—10万吨之间，相应的装机容量为5—10MW。
所选择的技术应该具有弹性规模，可根据实际情况选择项目规模。
3.选择经济性好的技术前已述及，直燃发电技术采用的工艺适用于大规模发电厂，用于25~30MW规模的电厂，难以达到该技术的经济规模。
4.技术选择结论通过分析，选择固定床气化发电工艺路线可以较好地体现上述技术选择原则，也能最大限度地避免上述问题的出现。
其理由是：●固定床生物质气化发电的关键设备生物质气化炉将基于固定床煤炭气化炉研发，该技术已经有100年以上的历史，非常成熟，有许多经验可以借鉴，大大降低了研发风险。
●固定床生物质气化炉最大规模为直径3m，产气量为5000m3/h，可配套燃气内燃发电机组2.5MW。
但建设5~10MW的生物质发电厂时，气化炉不仅可以处于经济（最大）规模运行，而且可以实现模块化建设，根据当地资源的实际情况，确定气化炉的数量，调节项目规模。
●固定床生物质气化炉产生的燃气中氧含量一般小于0.5%，可以使用非常成熟的电捕焦油技术，设置两级电捕焦油后，燃气中焦油含量可控制在5 mg/L以下，完全满足内燃发电机对燃气洁净度的要求。
●固定床生物质气化系统的投资将不超过8000元/kW，同时由于燃料收集半径小、成本低、适合中国国情。
●固定床生物质气化发电采用成型燃料为原料，原料适应性广泛、原料损失率低，运输成本低，有利于提高项目的经济效益。
四、工艺路线固定床生物质发电工艺路线如下图，生物质原料经过粉碎、成型后，用皮带输送到料仓，料仓中的原料进入气化炉气化，燃气通过旋风分离器去除少量飞灰，通过两级电捕焦油器脱除焦油，脱硫塔脱硫后到燃气储柜，燃气由罗茨风机增压进入内燃发电机发电。
气化炉产生的灰渣可以作为肥料或建筑材料的原料。
五、项目建设现状1.项目简介2007年由华东理工大学、沈阳煤气热力设计研究院和高邮林源科技开发公司共同组成了“生物质固定床气化发电成套技术”的研发团队。
其中关键设备—“生物质固定床气化炉”的研发得到了中国政府/世界银行/全球环境基金（CRESP）的资金支持。
2009年，研发项目通过了验收。
2010年初，在高邮市建成了“5MW生物质固定床气化发电”示范工程。
基本参数如下：装机容量： 4MW（一期）；气化炉内径：3M；气化炉数量：3台（两开一备）；产气率：5000-6000m3/h（5700m3/h）气化效率：72-75%；（74.3%）燃气热值：≥1500kcal/m3（1700kcal/m3）焦油含量：≤5mg/L（3.7mg/L）项目总投资：4000万元；注：A.项目总投资中不包括CRESP提供的资金（30万美元）。
B.项目总投资包含了所有研发费用，由于项目规划二期工程增加6MW装机容量，因此，总投资中包括了二期工程所需的公用设施建设费用。
2. 项目建设进展目前项目除了电网接入系统外，已经全部建成，电网接入系统由高邮市供电局负责建设，已经完成约80%的工作量，预期2010年底到2011年初完成。
2010年7月，系统正常调试完成后，曾进行了600小时的连续运行试验，结果表明一切正常，各项参数均达到和超过了设计指标。
六、经济分析结果项目经济效益分析结果如下：项目总投资4000万元；贷款比例：70%；贷款利率：6.5%（年）；折旧年限：10年，折旧残值按5%；原料价格为350元/吨（实际运行数据）；发电成本为0.6536元/kWh；年发电收入2995万元（上网电价按0.75元/kWh）；年总收入3352万元；自有资金财务内部收益率（IRR）27.74%；自有资金财务净现值（NPV）2484.9万元；自有资金投资回收期5.92年；全部资金财务内部收益率（IRR）18.70%；（所得税后）全部资金财务净现值（NPV）3995万元；（所得税后） 全部资金投资回收期5.92年；（所得税后）项目运行成本见下表七、前景1. 资源丰富我国每年产生的农作物秸秆约为8亿吨，除了用于还田、饲料、以及其他工业用途外，尚有约2.2亿吨可以作为能源化利用的原料，此外每年有约9000万吨的林业剩余物和木材加工剩余物可以利用，两者合计相当于1.5亿吨标准煤，资源蕴藏量十分可观。
2.生物质能利用优先性随着全球性的低碳浪潮，我国可再生能源利用产业发展迅猛，但是生物质能规模化利用的发展速度远低于风能，主要原因是生物质资源分散、季节性强的特点造成了难以规模化利用的现象。
但是，在我国生物质能源必须得到优先发展，这是一个不可抗拒的趋势，理由是： 生物质能源资源大多属于“废弃物”，妥善处理具有刚性需求，能源化利用即为处理方式之一。
秸秆、畜禽粪便、能源作物的利用可以直接使农民受益。
生物质是唯一可以提供液体燃料的可再生能源品种。
3.为小城镇建设和新农村建设提供气源到2020年，我国将全面进入“小康”时代，届时将兴建大量小城镇，我国的能源结构将无法满足这些分散的小城镇居民使用清洁、方便的燃气的要求。
固定床气化发电技术将为小城镇建设和新农村建设提供有效的气源。
目前建成的村级气化站，由于规模很小，所以配套设施很简单，燃气质量无法保证，工程建设质量和安全也存在许多问题，特别是项目建成后无法实现商业化运行，全国由各级政府提供资金建设的村级气化站约有800处，现仍能正常运行的不足30%。
对燃气供应系统而言，民用气的用户在系统中的比例应小于20%，否则系统将无法解决用气峰谷差极大的民用气调峰问题。
当燃气供应系统配套发电装置后，电网成为燃气供应系统的调峰装置，对生物质气化发电厂而言，这个调峰能力几乎是无限的。
因此，生物质气电联供必将成为今后生物质发电的主流技术。
4.无受到限制的风险到2015或2020年，一旦纤维素制乙醇的技术得到突破，国家必将出台政策，鼓励秸秆等原料优先用于我国最为缺乏的液体燃料生产，生物质直燃发电必将受到限制，生物质气电联供系统则由于具有公用事业的性质而不会受到限制。
5.结论2010年10月，国家发展和改革委员会、财政部、农业部联合发布了《关于授予北京市延庆县和江苏省如东县等108个县（市）国家绿色能源示范县称号的通知》。
通知明确指出将对符合条件的绿色能源示范县建设予以支持。
